WO2014046142A1 - 中圧外照式紫外線照射装置及びバラスト水の微生物不活化装置 - Google Patents

中圧外照式紫外線照射装置及びバラスト水の微生物不活化装置 Download PDF

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出口　憲一郎
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千代田工販株式会社
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    • C02F2209/40—Liquid flow rate

Definitions

  • the present invention relates to a medium pressure external irradiation type ultraviolet irradiation device, and more particularly to a medium pressure external irradiation type ultraviolet irradiation device suitable for inactivating microorganisms in ballast water.
  • ballast tank is loaded with ballast water such as sea water.
  • ballast water is loaded with ballast water when the cargo is unloaded at the port of call and when leaving the port. ing.
  • ballast water is discarded in a port or the like, the ballast water is purified and discarded.
  • it has been requested to inactivate or kill microorganisms and viruses in the ballast water.
  • ballast water There are several treatment methods for inactivating microorganisms and viruses in ballast water, but it is conceivable to inactivate microorganisms by irradiating ultraviolet rays to the ballast water to be discarded.
  • the treatment of ballast water requires treatment of a large amount of ballast water in a relatively short time (for example, 500 to 1000 tons / h or more) in order to shorten the berthing time. For this reason, when processing by ultraviolet irradiation, if a low-pressure mercury lamp that has been conventionally used as an ultraviolet lamp is used, there are practical problems such as a large ultraviolet irradiation device due to low processing capability.
  • Non-Patent Document 1 As an ultraviolet lamp, as shown in Table 1, the medium pressure mercury lamp has an electric input per emission length (corresponding to an ultraviolet output) in the range of 50 to 250 W / cm, and the electric input of the low pressure mercury lamp is 0. Much larger than 5-10 W / cm. Therefore, by using a medium-pressure mercury lamp having a high processing capacity, the number of ultraviolet lamps can be greatly reduced and the apparatus can be downsized.
  • the medium pressure mercury lamp since the medium pressure mercury lamp generates a large amount of heat, various problems can be considered, and appropriate measures are required. For example, if a medium-pressure mercury lamp is housed in a protection sleeve made of quartz glass and placed in a flow path of ballast water, which is the liquid to be treated, and the so-called internal illumination system that irradiates ultraviolet light onto the ballast water, There is a problem that microorganisms and impurities in the ballast water adhere to the outer surface of the protective sleeve that becomes high temperature, and the transmittance of ultraviolet rays decreases in a short time.
  • an ultraviolet irradiation device for ballast water has a plurality of water pipes that circulate ballast water arranged at equal distances around the axis of a medium-pressure mercury lamp housed in a protective sleeve, and ultraviolet light is emitted from the outer periphery of the water pipe.
  • the so-called external illumination type is preferable.
  • ballast water is generally high in pressure (for example, about 3 kg / cm 2)
  • a quartz glass tube having low tensile strength is easily damaged by internal pressure, and thus is not suitable for a water pipe through which ballast water is circulated. Therefore, it is preferable to use a fluororesin water pipe that has a relatively high internal pressure proof stress and is difficult to get dirty.
  • the problem to be solved by the present invention is an intermediate-pressure externally irradiated ultraviolet irradiation device that uses a medium-pressure mercury lamp with high processing capacity and that can satisfy the conditions of the internal pressure proof strength and heat-resistant temperature of a fluororesin water pipe and
  • the object is to provide a microbial inactivation apparatus for ballast water.
  • an intermediate-pressure externally irradiated ultraviolet irradiation device of the present invention includes a cylindrical body, a pair of cylindrical headers connected to both ends of the body through flanges, respectively.
  • An ultraviolet ray transmissive lamp protection sleeve disposed on the cylindrical shaft of the body portion and projecting from the header portions through the flanges, and an intermediate pressure mercury lamp accommodated in the lamp protection sleeve
  • a plurality of fluororesin water pipes that are disposed around the axis of the lamp protection sleeve and that pass through the flanges and that are opened in the header parts, respectively, and the pair of header parts. It is characterized by comprising an inlet nozzle and an outlet nozzle for the liquid to be treated provided, and an inlet nozzle and an outlet nozzle for a cooling liquid provided at both ends of the body portion.
  • a fluororesin water pipe is arranged around the axis of the lamp protection sleeve in which the medium pressure mercury lamp is accommodated, and the coolant is circulated between the lamp protection sleeve and the water pipe in the trunk portion. Therefore, by adjusting the flow rate and temperature of the coolant, the temperature of the water pipe can be easily suppressed to the heat resistant temperature of the fluororesin or lower. As a result, a medium pressure mercury lamp with a large power input (and consequently ultraviolet output) can be applied, so that the processing ability by ultraviolet rays can be increased.
  • the cooling liquid is circulated on the outer surface of the water pipe, the force applied to the pipe wall of the water pipe becomes a differential pressure between the pressure of the cooling liquid and the liquid to be treated circulated through the water pipe. Therefore, the internal pressure applied to the fluororesin water conduit can be reduced by keeping the pressure of the coolant lower than the pressure of the liquid to be treated according to the internal pressure resistance of the water conduit.
  • the thickness of the fluororesin water pipe can be reduced to, for example, about 1 to 3 mm, the amount of ultraviolet rays absorbed in the pipe wall is reduced, that is, the ultraviolet ray transmittance is increased, and the liquid to be treated is irradiated. The amount of ultraviolet irradiation can be increased. Thereby, the irradiation efficiency of ultraviolet rays improves and the apparatus can be miniaturized.
  • an ultraviolet reflecting member on the inner surface of the body portion. According to this, it is possible to irradiate the liquid to be treated inside the water pipe by reflecting the ultraviolet rays that pass through the plurality of water pipes or pass through the inside of the water pipe and reach the inner surface of the trunk. Therefore, it is possible to improve the irradiation efficiency of the ultraviolet rays onto the liquid to be treated.
  • pure water having a high ultraviolet transmittance as the coolant.
  • a cooling liquid circulation device that circulates pure water from the inlet nozzle of the cooling liquid through the lamp protection sleeve and the body around the water pipe, and extracts and circulates the pure water from the outlet nozzle of the cooling liquid.
  • This cooling liquid circulation device supplies a pure water tank and pure water in the pure water tank to a cooling liquid inlet nozzle, and returns the pure water flowing out from the cooling liquid outlet nozzle to the pure water tank.
  • a heat exchanger that cools circulating pure water with a refrigerant (for example, seawater), a pressure control valve that controls the pressure of pure water supplied to the coolant inlet nozzle, and pure water that flows out of the coolant outlet nozzle
  • a temperature sensor that detects the temperature of the liquid and a flow rate that controls the flow rate of pure water supplied to the coolant inlet nozzle and adjusts the temperature of pure water flowing out of the coolant outlet nozzle detected by the temperature sensor to a set range.
  • a control valve can be provided. According to this, the temperature of the fluororesin water pipe can be reliably maintained below the heat resistant temperature of the fluororesin.
  • the cooling liquid circulation device includes a pressure sensor that detects the pressure of the processing target liquid supplied to the inlet nozzle of the processing target liquid, and the pressure control valve includes a differential pressure between the pressure of the processing target liquid and the pressure of pure water. Is maintained at a set pressure (for example, 1 kg / cm 2 ), the supply pressure of pure water is preferably controlled to a low pressure. According to this, the internal pressure which acts on the pipe wall of a water flow pipe can be reliably suppressed below an allowable pressure (internal pressure proof stress).
  • the coolant circulating device issues an alarm when the temperature of pure water flowing out from the coolant outlet nozzle exceeds a preset upper limit value. Further, it is preferable to issue an alarm even when the differential pressure between the pressure of the liquid to be treated and the pressure of pure water supplied to the coolant inlet nozzle exceeds a preset upper limit value.
  • a microbial inactivation device for ballast water By using the medium pressure external irradiation type ultraviolet irradiation device of the present invention and using the treatment target liquid as ballast water, a microbial inactivation device for ballast water can be provided.
  • a coolant such as pure water
  • a mechanical cleaning device such as a scraper that scrapes off the dirt on the surface is unnecessary. The same applies to the outer surface of the water pipe.
  • the medium pressure external irradiation type ultraviolet irradiation device of the present invention does not need to be equipped with a mechanical cleaning device that is damaged by the vibration or vibration of the ship, and is installed in the piping system for discarding the ballast water of the ship. can do.
  • the medium pressure external irradiation type ultraviolet irradiation device and the ballast water microbe which can use the medium pressure mercury lamp with a high processing capacity and can satisfy the conditions of the internal pressure proof stress and the heat resistant temperature of the water pipe made of fluororesin An inactivation device can be provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an intermediate-pressure externally irradiated ultraviolet irradiation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an arrow view seen from arrow II-II in FIG. It is a system configuration
  • the present invention will be described based on an embodiment of a microorganism inactivating apparatus for ballast water to which the medium-pressure externally irradiated ultraviolet irradiation apparatus of the present invention is applied.
  • the present invention is not limited to a microbial inactivation apparatus for ballast water, uses a medium-pressure mercury lamp with a high treatment capacity, and satisfies the conditions of the internal pressure proof stress and heat resistance temperature of a water pipe made of fluororesin, Needless to say, the present invention can be applied to a medium-pressure externally irradiated ultraviolet irradiation device that inactivates or kills microorganisms or the like of the liquid to be treated.
  • the microbial inactivation apparatus 1 of this embodiment includes a cylindrical body 2 constituting an ultraviolet irradiation unit, and a cylindrical body connected to both ends of the body 2.
  • a pair of header portions 3 and 4 are provided.
  • the flanges 5 and 6 fixed to both ends of the body portion 2 are connected to each other at one end of the header portions 3 and 4 by bolts (not shown) via the flanges 7 and 9, respectively.
  • the flanges 11 and 12 are fixed to the flanges 8 and 10 at the other ends of the header portions 3 and 4 by bolts (not shown).
  • the body 2, the headers 3, 4, and the flanges are formed of a vinyl chloride material having corrosion resistance against seawater since it handles ballast water.
  • a stainless steel (SUS) material can be used.
  • An intermediate pressure mercury lamp 15 is disposed on the central axis of the cylinder of the body 2, and the intermediate pressure mercury lamp 15 is accommodated in a lamp protection sleeve 16 formed of an ultraviolet transmitting material.
  • the lamp protection sleeve 16 is inserted into the through holes formed in the flanges 5 and 6 and the flanges 7 and 9 in a watertight manner through a seal member (not shown). Both ends of the lamp protection sleeve 16 are watertightly held in through holes formed in the flanges 8 and 10 and the flanges 11 and 12 of the pair of header portions 3 and 4 via seal members (not shown).
  • both ends of the lamp protection sleeve 16 project outward and are opened, and are fixed to the flanges 11 and 12 by ring members 17, respectively.
  • the medium pressure mercury lamp 15 is supplied with electric power from the power cable 13 through a base 15a provided at one end.
  • a plurality (four in the illustrated example) of water pipes 18 through which ballast water is circulated around the axis of the lamp protection sleeve 16 are arranged.
  • the water pipe 18 is arranged at an equidistant position with respect to the medium pressure mercury lamp 15, and both ends of each water pipe 18 pass through the through holes formed in the flanges 5, 6 and the flanges 7, 9, respectively, and the header portion 3. , 4 are opened inside. Further, both ends of each water pipe 18 are supported in a watertight manner through through-holes formed in the flanges 5, 6, 7, 9 through seal members (not shown) and fixed by ring members 19.
  • the water conduit 18 may be formed using a fluororesin, for example, FEP (tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer resin), PFA (tetrafluoroethylene), PTFE (polytetrafluoroethylene), or the like. it can.
  • FEP tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer resin
  • PFA tetrafluoroethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • ballast water inlet nozzle 20 to which ballast water is supplied is provided on the cylinder wall of the header section 3, and the ballast water outlet nozzle 21 from which the ballast water is discharged is provided on the cylinder wall of the header section 4.
  • pure water inlet nozzles 22 and outlet nozzles 23 through which pure water, which is a coolant, circulates, are provided on the cylindrical walls at both ends of the body 2.
  • An ultraviolet reflecting member 24 is provided on the inner peripheral surface of the body 2.
  • the reflecting member 24 is formed by coating the surface of an aluminum material with a fluororesin to form a reflecting surface, and coating the back surface with an inorganic material and sticking it to the inner peripheral surface of the body 2.
  • the vinyl chloride material may be deteriorated. There is. Therefore, it is preferable to coat a reflecting member that reflects ultraviolet rays as necessary.
  • an ultraviolet intensity sensor 25 protected by a quartz glass tube is provided in the middle of the body part 2 so as to face the inside of the body part 2, and the representative or average ultraviolet intensity of the medium pressure mercury lamp 15 is measured. It is made possible.
  • a drain valve 26 is provided in communication with the middle bottom of the body 2.
  • FIG. 3 shows a system configuration diagram of the microbial inactivation apparatus for ballast water using the embodiment of FIG.
  • the cooling liquid circulation device 30 includes a pure water tank 31 that stores pure water as a cooling liquid, a cooling liquid circulation pump 32 that sucks pure water in the pure water tank 31 and supplies the pure water to the pure water inlet nozzle 22, A coolant circulation line that returns pure water flowing from the water inlet nozzle 22 and flowing through the body 2 around the lamp protection sleeve 16 and the water pipe 18 and flowing out from the pure water outlet nozzle 23 to the pure water tank 31. 33 is comprised.
  • the pure water tank 31 is provided with a heat exchanger 34 that cools pure water in the tank with seawater as a refrigerant.
  • the coolant circulation pipe 33 includes a pressure control valve 35 that controls the pressure of pure water supplied to the pure water inlet nozzle 22, and a flow rate control valve that controls the flow rate of pure water supplied to the pure water inlet nozzle 22.
  • 36 a temperature sensor 37 that detects an outlet temperature To of pure water flowing out from the pure water outlet nozzle 23, a pressure sensor 38 that detects a ballast water pressure P B supplied to the inlet nozzle 20 of ballast water
  • a cooling control device 39 is provided.
  • the cooling control device 39 controls the opening degree of the flow control valve 36 so as to adjust the outlet temperature To of pure water detected by the temperature sensor 37 to a preset temperature range.
  • a predetermined amount of seawater is circulated in the heat exchanger 34 by a seawater pump (not shown).
  • the heat exchanger 34 in which the heat transfer pipe is arranged in the pure water tank 31 is shown.
  • a heat exchanger may be provided.
  • ballast water pumped from a ballast tank (not shown) by a ballast water pump is subjected to chemical and / or physical water purification treatment (not shown).
  • the purified ballast water flows into the ballast water inlet nozzle 20 by opening the original valve 41 of the ballast water.
  • Ballast water that has flowed into the inlet nozzle 20 is diverted to a plurality of water pipes 18 in the header section 3, and ultraviolet rays are irradiated from the medium pressure mercury lamp 15 in the course of flowing through the water pipes 18.
  • the irradiation of the ultraviolet rays inactivates or kills microorganisms, fungi or viruses in the ballast water, and the treated ballast water is discharged from the ballast water outlet nozzle 21 through the pipe line via the header portion 4.
  • the flow rate of the ballast water is increased to a predetermined amount, and the pressure and temperature of pure water are adjusted by the cooling control device 39 in accordance with this, and the steady state is entered.
  • the flow rate of the ballast water flowing in through the original valve 41 is kept substantially constant by a ballast water pump and a flow rate control valve (not shown). Further, the ballast water pressure P B flowing into the ballast water inlet nozzle 20 is kept substantially constant (for example, 3 kg / cm 2 ). Based on this, the diameter and pressure loss of the water pipe 18 so that the flow rate of the ballast water in the water pipe 18 is substantially constant (for example, 2 to 4 m / sec, preferably 2 to 3 m / sec). Is set.
  • the cooling control device 39 controls the pressure control valve 35 to control the pure water pressure Pc to a value lower than the ballast water pressure P B by a set differential pressure ⁇ P. As a result, the differential pressure ⁇ P inside and outside the pipe wall of the water pipe 18 is maintained below the internal pressure resistance of the water pipe 15 made of fluororesin, so that the water pipe 18 can be protected from damage due to the ballast water pressure.
  • the medium pressure mercury lamp 15 emits ultraviolet rays to become high temperature, and the lamp protection sleeve 16 and the water pipe 18 are irradiated with ultraviolet rays and the temperature rises.
  • the pure water as the coolant from the coolant circulation pump 32 is circulated from the inlet nozzle 22 through the body 2 toward the outlet nozzle 23, so that the lamp protection sleeve 16, In particular, the temperature rise of the water pipe 18 can be suppressed. Pure water discharged from the outlet nozzle 23 is returned to the pure water tank 31 where it is cooled by seawater via the heat exchanger 34.
  • the cooling control device 39 takes in the outlet temperature To of the pure water detected by the temperature sensor 37 and controls the opening degree of the flow control valve 36 so that the outlet temperature To falls within the set temperature range. Thereby, the deterioration by the temperature rise of the fluororesin water pipe 18 can be suppressed.
  • the fluororesin water pipe 18 is arranged around the axis of the lamp protection sleeve 16 in which the medium pressure mercury lamp 15 is accommodated, and the lamp of the trunk portion 2 is disposed. Since pure water as a coolant was circulated between the protective sleeve 16 and the water pipe 18, the temperature of the water pipe 18 can be easily kept below the heat resistant temperature of the fluororesin by adjusting the flow rate and temperature of the pure water. be able to. As a result, the medium pressure mercury lamp 15 having a large power input (and consequently ultraviolet output) can be applied, so that the processing capability by ultraviolet rays can be increased.
  • the force applied to the pipe wall of the water pipe 18 is the difference between the pressure of pure water and the pressure of the ballast water circulated through the water pipe 18.
  • the pressure of pure water at a constant pressure (for example, 1 kg / cm 2 ) lower than the pressure of ballast water according to the internal pressure resistance of the water pipe 18, the internal pressure applied to the fluororesin water pipe 18 is relieved. can do.
  • the thickness of the fluororesin water pipe 18 can be reduced to, for example, about 1 to 3 mm, the amount of ultraviolet rays absorbed in the pipe wall is reduced, that is, the ultraviolet ray transmittance is increased, and the ballast water is irradiated.
  • the amount of ultraviolet irradiation can be increased. Thereby, the irradiation efficiency of ultraviolet rays improves and the apparatus can be miniaturized.
  • the ultraviolet rays that reach the inner surface of the trunk portion 2 through the water pipes 18 or through the water pipes 18 are provided. Can be reflected to irradiate the ballast water inside the water pipe 18, and the efficiency of irradiating the ballast water with ultraviolet rays can be improved.
  • the cooling liquid circulation device includes a pressure sensor that detects the pressure of the processing target liquid supplied to the processing target liquid inlet nozzle, and the pressure control valve sets a differential pressure between the pressure of the processing target liquid and the pressure of pure water. It is preferable to control the supply pressure of pure water to a low pressure so as to keep the pressure (for example, 1 kg / cm 2 ). According to this, the internal pressure which acts on the pipe wall of a water flow pipe can be reliably suppressed below an allowable pressure.
  • the coolant circulating apparatus 30 is configured to issue an alarm when the temperature of pure water flowing out from the pure water outlet nozzle 23 exceeds a preset upper limit value. Further, it is preferable to issue an alarm even when the differential pressure between the pressure of the ballast water and the pressure of pure water supplied to the pure water inlet nozzle exceeds a preset upper limit value.
  • the microbial inactivation apparatus of the ballast water of this embodiment since the outer surface of the lamp protection sleeve 16 is in contact with pure water, it is difficult for dirt to adhere to it, and therefore, such as a scraper that scrapes off the dirt on the surface. No mechanical cleaning device is required. The same applies to the outer surface of the water pipe 18. Therefore, according to the present embodiment, since it is not necessary to provide a mechanical cleaning device that is damaged by vibration or vibration of the ship, it can be installed in a piping system that discards the ballast water of the ship.
  • ballast water of seawater circulates in the inner surface of the water conduit 18, there is a possibility that dead bodies of microorganisms and impurities in the ballast water may adhere, but it is necessary for normal navigation when the ballast water purification treatment is not performed.
  • a cleaning liquid such as citric acid can be passed through the water pipe and removed.
  • this invention is not restricted to the microorganisms inactivation of ballast water, It uses the medium pressure mercury lamp with high processing capacity, and Since the conditions of the internal pressure proof stress and the heat-resistant temperature of the fluororesin water pipe can be satisfied, the present invention can be applied to an intermediate pressure external irradiation type ultraviolet irradiation device that irradiates various treatment target liquids with ultraviolet rays.

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Abstract

　円筒状の胴部２と、胴部の両端に設けられた円筒状の一対のヘッダー部３，４と、胴部の円筒軸に配置され各ヘッダー部３，４から外部に突き出して設けられたランプ保護スリーブ１６と、ランプ保護スリーブ１６内に収容された中圧水銀ランプ１５と、ランプ保護スリーブ１６の軸周りに配置され各ヘッダー部にそれぞれ開口され、バラスト水が流通される複数のフッ素樹脂製の通水管１８と、一方のヘッダー部からバラスト水を流入し、他方のヘッダー部からバラスト水を排出し、胴部２の一端側の純水入口ノズル２２から他端側の純水出口ノズル２２に向けて純水を流通する冷却液循環装置３０を設け、バラスト水の圧力よりも純水の圧力を設定圧低く制御して、通水管の内圧耐力及び耐熱温度の条件を満たす。

Description

中圧外照式紫外線照射装置及びバラスト水の微生物不活化装置
　本発明は、中圧外照式紫外線照射装置に係り、特にバラスト水中の微生物を不活化するのに好適な中圧外照式紫外線照射装置に関する。
　通常、船舶では積荷が少ないときでも喫水を深くして船を安定させるために、バラストタンクなどに海水などのバラスト水を積むことが行われている。このようなバラスト水は、寄港地で貨物を降ろして出港するときにはバラスト水を積み込み、貨物を積み込んで出港するときは、通常、バラストタンク内のバラスト水を寄港地の港湾内に廃棄するようにしている。バラスト水を港湾等に廃棄する場合、バラスト水を浄化処理して廃棄するようにしているが、最近はバラスト水中の微生物やウイルスを不活化又は死滅させて廃棄することが要請されている。
　バラスト水中の微生物やウイルスを不活化等する処理法にはいくつか存在するが、廃棄するバラスト水に紫外線を照射して微生物を不活化等することが考えられる。しかし、バラスト水の処理は、停泊時間を短縮するために比較的短時間で、大量のバラスト水を処理すること（例えば、５００～１０００トン／ｈ以上）が要求される。このことから、紫外線照射により処理する場合、紫外線ランプとして従来一般に用いられている低圧水銀ランプを用いると、処理能力が低いために紫外線照射装置が大型になることなど、実用上の問題がある。
　そこで、紫外線ランプとして、非特許文献１に記載の中圧水銀ランプを用いることが考えられる。同文献によれば、表１に示すように、中圧水銀ランプは発光長あたりの電気入力（紫外線出力に対応する。）が５０～２５０Ｗ／ｃｍの範囲であり、低圧水銀ランプの電気入力０．５～１０Ｗ／ｃｍに比べてはるかに大きい。したがって、処理能力の高い中圧水銀ランプを用いることにより、紫外線ランプの本数を大幅に減らして装置の小型化を図ることが可能になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
ＵＶ Disinfection GuidanceManual For the Final LT2ESWTR, US EPA, November 2006, P(2-17), Table2.1
　しかしながら、中圧水銀ランプは発熱量が大きいことから、種々の問題が考えられるので、適切な対応が必要になる。例えば、中圧水銀ランプを石英ガラス製の保護スリーブ内に収容し、処理対象液であるバラスト水の流路中に配置してバラスト水に紫外線を照射するいわゆる内照式にすると、ランプ温度によって高温になる保護スリーブの外表面にバラスト水中の微生物や不純物が固着して、紫外線の透過率が短時間で低下するという問題がある。そこで、バラスト水用の紫外線照射装置は、保護スリーブ内に収容した中圧水銀ランプの軸を中心にして、バラスト水を流通する複数の通水管を等距離に配置し、通水管の外周から紫外線を照射するいわゆる外照式が好ましい。
　また、バラスト水は一般に圧力が高い（例えば、３ｋｇ／ｃｍ２程度）ので、引張強度が低い石英ガラス管は内圧によって破損しやすいから、バラスト水を流通する通水管には適さない。そこで、内圧耐力が比較的高く、汚れが付き難いフッ素樹脂製の通水管を用いることが好ましい。
　しかし、フッ素樹脂製の通水管の場合は、高い紫外線透過率を確保するために管の肉厚を薄くすると内圧耐力が低下するので、処理対象液を通流したときに生じるウォーターハンマー等の衝撃によって通水管が振動し、その振動によって通水管が破損するおそれがある。また、中圧水銀ランプは発熱量が大きく、動作温度が６００～９００℃に達することがあるから、耐熱性の低いフッ素樹脂製の通水管を用いる場合は、バラスト水を流通しても紫外線が照射される通水管の表面温度がフッ素樹脂の耐熱温度（例えば、２００℃）を越えるおそれがある。
　本発明が解決しようとする課題は、処理能力が高い中圧水銀ランプを用い、かつフッ素樹脂製の通水管の内圧耐力及び耐熱温度の条件を満たすことができる中圧外照式紫外線照射装置及びバラスト水の微生物不活化装置を提供することにある。
　上記の課題を解決するため、本発明の中圧外照式紫外線照射装置は、円筒状の胴部と、該胴部の両端にそれぞれフランジを介して連結された円筒状の一対のヘッダー部と、前記胴部の円筒軸に配置され前記フランジを貫通して前記各ヘッダー部から外部に突き出して設けられた紫外線透過性のランプ保護スリーブと、該ランプ保護スリーブ内に収容された中圧水銀ランプと、前記ランプ保護スリーブの軸周りに配置され前記フランジを貫通して前記各ヘッダー部にそれぞれ開口された処理対象液が流通される複数のフッ素樹脂製の通水管と、前記一対のヘッダー部に設けられた前記処理対象液の入口ノズル及び出口ノズルと、前記胴部の両端部に設けられた冷却液の入口ノズル及び出口ノズルとを備えてなることを特徴とする。
　このように、中圧水銀ランプが収容されたランプ保護スリーブの軸回りに間隔を明けてフッ素樹脂製の通水管を配置し、胴部のランプ保護スリーブと通水管の間に冷却液を流通したことから、冷却液の流量及び温度を調節することで、通水管の温度をフッ素樹脂の耐熱温度以下に容易に抑えることができる。これにより、電力入力（ひいては、紫外線出力）が大きい中圧水銀ランプを適用できるので、紫外線による処理能力を高くすることができる。
　しかも、通水管の外面に冷却液を流通しているから、通水管の管壁に加わる力は、冷却液の圧力と通水管に流通される処理対象液との差圧になる。そこで、通水管の内圧耐力に応じて処理対象液の圧力よりも冷却液の圧力を低く保持することにより、フッ素樹脂製の通水管に加わる内圧を緩和することができる。その結果、フッ素樹脂製の通水管の肉厚を、例えば１～３ｍｍ程度に薄く形成できるから、管壁における紫外線の吸収量を少なく、つまり紫外線透過率を高くして、処理対象液に照射される紫外線照射量を増大することができる。これにより、紫外線の照射効率が向上して装置を小型化できる。
　また、胴部の内面には、紫外線の反射部材を設けることが好ましい。これによれば、複数の通水管に挟まれる間を通って、あるいは通水管の内部を通って胴部の内面に至る紫外線を反射させて、通水管内部の処理対象液に照射させることができるから、処理対象液への紫外線の照射効率を向上することができる。
　また、冷却液は、紫外線の透過率が高い純水を用いることが好ましい。この場合、冷却液の入口ノズルから純水をランプ保護スリーブと通水管の周囲の胴部内に流通させて冷却液の出口ノズルから純水を抜き出して循環させる冷却液循環装置を備えることができる。この冷却液循環装置は、純水タンクと、純水タンク内の純水を冷却液の入口ノズルに供給し、冷却液の出口ノズルから流出される純水を純水タンクに戻す冷却液循環ポンプと、循環する純水を冷媒（例えば、海水）により冷却する熱交換器と、冷却液入口ノズルに供給する純水の圧力を制御する圧力制御弁と、冷却液出口ノズルから流出される純水の温度を検出する温度センサと、冷却液入口ノズルに供給する純水の流量を制御して、温度センサにより検出される冷却液出口ノズルから流出される純水の温度を設定範囲に調整する流量制御弁を備えて構成することができる。これによれば、フッ素樹脂製の通水管の温度をフッ素樹脂の耐熱温度以下に確実に保持することができる。
　また、冷却液循環装置は、処理対象液の入口ノズルに供給される処理対象液の圧力を検出する圧力センサを備え、圧力制御弁は、処理対象液の圧力と純水の圧力との差圧を設定圧（例えば、１kg／ｃｍ２）に保持するように、純水の供給圧力を低い圧力に制御することが好ましい。これによれば、通水管の管壁に作用する内圧を許容圧（内圧耐力）以下に確実に抑えることができる。なお、冷却液循環装置には、冷却液出口ノズルから流出される純水の温度が予め設定された上限値を越える場合は、警報を発するようにすることが好ましい。また、処理対象液の圧力と冷却液入口ノズルに供給する純水の圧力との差圧が、予め設定された上限値を越える場合も、警報を発するようにすることが好ましい。
　本発明の中圧外照式紫外線照射装置を用いて、処理対象液をバラスト水とすることにより、バラスト水の微生物不活化装置を提供することができる。この場合、ランプ保護スリーブの外表面は、純水などの冷却液に接しているから、汚れが付着し難いので、表面の汚れを掻き取るスクレーパなどの機械的な清浄装置が不要である。また、通水管の外表面も同様である。一方、通水管の内面は海水のバラスト水が流通するので、微生物の死骸やバラスト水中の不純物が付着するおそれがあるが、バラスト水の微生物不活化処理が行われない通常の航行時等に、必要に応じてクエン酸などの洗浄液を通水管に流通して除去することができる。このように、本発明の中圧外照式紫外線照射装置は、船舶の揺れや振動により損傷する機械的な清浄装置を備える必要がないから、船舶のバラスト水を廃棄する配管系に組み込んで設置することができる。
　本発明によれば、処理能力が高い中圧水銀ランプを用い、かつフッ素樹脂製の通水管の内圧耐力及び耐熱温度の条件を満たすことができる中圧外照式紫外線照射装置及びバラスト水の微生物不活化装置を提供することができる。
本発明の一実施例の中圧外照式紫外線照射装置の断面図である。 図１の矢印ＩＩ－ＩＩから見た矢視図である。 図１の中圧外照式紫外線照射装置を適用した本発明のバラスト水の微生物不活化装置の一実施例のシステム構成図である。
　以下、本発明の中圧外照式紫外線照射装置を適用してなるバラスト水の微生物不活化装置の実施例に基づいて、本発明を説明する。なお、本発明は、バラスト水の微生物不活化装置に限られるものではなく、処理能力が高い中圧水銀ランプを用い、かつフッ素樹脂製の通水管の内圧耐力及び耐熱温度の条件を満たして、処理対象液の微生物等を不活化あるいは死滅化する中圧外照式紫外線照射装置に適用できることは言うまでもない。
　図１、図２に示すように、本実施例のバラスト水の微生物不活化装置１は、紫外線照射部を構成する円筒状の胴部２と、胴部２の両端に連結された円筒状の一対のヘッダー部３、４を備えて形成されている。胴部２の両端に固定されたフランジ５，６には、それぞれフランジ７、９を介してヘッダー部３、４の一端が図示していないボルトにより互いに連結されている。ヘッダー部３、４の他端のフランジ８，１０には、フランジ１１，１２が図示していないボルトにより固定されている。本実施例では、胴部２とヘッダー部３、４、及びフランジ類は、海水のバラスト水を扱うことから、海水に対する耐食性を有する塩化ビニール材で形成されている。しかし、これに限られるものではなく、塩化ビニール材よりも海水に対して若干腐食性が劣るが、ステンレス（ＳＵＳ）材を用いることができる。
　胴部２の円筒中心軸に中圧水銀ランプ１５が配置され、中圧水銀ランプ１５は紫外線透過材で形成されたランプ保護スリーブ１６の中に収容されている。ランプ保護スリーブ１６は、フランジ５、６及びフランジ７，９にそれぞれ形成された貫通孔に、図示していないシール部材を介して水密に挿通されている。ランプ保護スリーブ１６の両端は、一対のヘッダー部３、４のフランジ８，１０及びフランジ１１，１２に形成された貫通孔に、図示していないシール部材を介して水密に保持されている。また、ランプ保護スリーブ１６の両端は、外部に突き出して開口され、それぞれリング部材１７によりフランジ１１，１２に固定されている。中圧水銀ランプ１５は、一方の端部に設けられた口金１５ａを介して電源ケーブル１３から電力が供給されるようになっている。
　ランプ保護スリーブ１６の軸周りにバラスト水が流通される複数（図示例では、４本）の通水管１８が配置されている。通水管１８は、中圧水銀ランプ１５に対して等距離の位置に配置され、各通水管１８の両端はフランジ５，６及びフランジ７，９にそれぞれ形成された貫通孔を通ってヘッダー部３，４の内部に開口して設けられている。また、各通水管１８の両端は、各フランジ５，６、７，９に形成された貫通孔に図示していないシール部材を介して水密に支持され、かつリング部材１９により固定されている。通水管１８は、フッ素樹脂、例えば、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂）、ＰＦＡ（四フッ化エチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などを用いて形成することができる。
　ヘッダー部３の筒壁にはバラスト水が供給されるバラスト水の入口ノズル２０が、ヘッダー部４の筒壁にはバラスト水が排出されるバラスト水の出口ノズル２１が設けられている。また、胴部２の両端部の筒壁には冷却液である純水が流通される純水の入口ノズル２２と出口ノズル２３が設けられている。
　胴部２の内周面には、紫外線の反射部材２４が設けられている。反射部材２４は、アルミ材の表面にフッ素樹脂コーティングして反射面を形成し、裏面に無機材コーティングして胴部２の内周面に張り付けて形成されている。なお、胴部２のフランジ５，６の内側面及びヘッダー部３，４の内周面及びフランジ７、８、９，１０の内側面に紫外線が照射されると、塩化ビニール材が劣化するおそれがある。そこで、必要に応じて紫外線を反射する反射部材をコーティングすることが好ましい。さらに、胴部２の中ほどに、石英ガラス管で保護された紫外線強度センサ２５が胴部２の内部に臨ませて設けられ、中圧水銀ランプ１５の代表的あるいは平均的な紫外線強度を計測可能に形成されている。また、胴部２の中ほどの底部にドレン弁２６が連通して設けられている。
　図３に、図１の実施例を用いたバラスト水の微生物不活化装置のシステム構成図を示す。冷却液循環装置３０は、冷却液としての純水が貯留される純水タンク３１と、純水タンク３１内の純水を吸い込んで純水入口ノズル２２に供給する冷却液循環ポンプ３２と、純水入口ノズル２２から流入されてランプ保護スリーブ１６と通水管１８の周囲の胴部２内に流通して純水出口ノズル２３から流出される純水を純水タンク３１に戻す冷却液循環管路３３を備えて構成される。純水タンク３１は、タンク内の純水を冷媒である海水により冷却する熱交換器３４が設けられている。
　冷却液循環管路３３には、純水の入口ノズル２２に供給する純水の圧力を制御する圧力制御弁３５と、純水の入口ノズル２２に供給する純水の流量を制御する流量制御弁３６と、純水の出口ノズル２３から流出される純水の出口温度Ｔｏを検出する温度センサ３７と、バラスト水の入口ノズル２０に供給されるバラスト水圧力ＰＢを検出する圧力センサ３８と、冷却制御装置３９が設けられている。冷却制御装置３９は、温度センサ３７により検出される純水の出口温度Ｔｏを予め設定された温度範囲に調整すべく、流量制御弁３６の開度を制御するようになっている。また、冷却制御装置３９は、圧力センサ３８により検出されるバラスト水圧力ＰＢに基づいて圧力制御弁３５を制御して、純水の入口ノズル２２に供給する純水圧力ＰＣとバラスト水圧力ＰＢの差圧ΔＰ＝（ＰＢ－Ｐｃ）を設定差圧（例えば、ΔＰ＝１ｋｇ／ｃｍ２）に制御するようになっている。熱交換器３４には、図示していない海水ポンプにより一定量の海水を循環させるようになっている。なお、本実施例では、純水タンク３１内に伝熱管を配置した熱交換器３４を示したが、これに限られるものではなく、冷却液循環ポンプ３２の吐出側の冷却液循環管路３３に熱交換器を設けてもよい。
　このように構成される本実施例のバラスト水の微生物不活化装置の動作を説明する。まず、通水管１８にバラスト水を流通する前に、冷却液循環ポンプ３２を起動して純水を胴部２に循環しておく。このとき、通水管１８は空であるから、潰れないように起動準備中は、純水圧力ＰＣを十分低い圧力に保持して流通しておく。次いで、紫外線ランプ電源４０を起動して中圧水銀ランプ１５を点灯して、バラスト水の不活化処理が可能な状態にする。一方、図示していないバラストタンクからバラスト水ポンプにより汲み上げられたバラスト水は、図示していない化学的及び／又は物理的な浄水処理を施される。浄水処理されたバラスト水は、バラスト水の元バルブ４１を開くことによりバラスト水の入口ノズル２０に流入される。入口ノズル２０に流入されたバラスト水は、ヘッダー部３において複数本の通水管１８に分流し、通水管１８を流通する過程で中圧水銀ランプ１５から紫外線が照射される。この紫外線の照射により、バラスト水中の微生物、菌類あるいはウイルスが不活化又は死滅し、処理済みのバラスト水はヘッダー部４を介してバラスト水出口ノズル２１から管路を通って放流される。その後、バラスト水の流量を所定量に増大し、これに合わせて冷却制御装置３９により純水の圧力及び温度を調整して定常状態に移行させる。
　定常運転状態においては、元バルブ４１を介して流入されるバラスト水の流量は、図示していないバラスト水ポンプ及び流量調節弁によりほぼ一定に保持される。また、バラスト水の入口ノズル２０に流入されるバラスト水圧力ＰＢは、概ね一定（例えば、３ｋｇ／ｃｍ２）に保持される。これを基準にして、通水管１８内のバラスト水の流速は、ほぼ一定流速（例えば、２～４ｍ／ｓｅｃ、好ましくは２～３ｍ／ｓｅｃ）になるように、通水管１８の管径及び圧損が設定される。一方、冷却制御装置３９は、圧力制御弁３５を制御して純水圧力Ｐｃをバラスト水圧力ＰＢよりも設定差圧ΔＰだけ低い値に制御する。これにより、通水管１８の管壁の内外の差圧ΔＰは、フッ素樹脂製の通水管１５の内圧耐力以下に保持されるから、通水管１８をバラスト水の圧力による損傷から保護できる。
　他方、中圧水銀ランプ１５は紫外線を放射して高温になるとともに、ランプ保護スリーブ１６及び通水管１８は紫外線の照射を受けて温度が上昇する。この点、本実施例によれば、冷却液循環ポンプ３２から冷却液としての純水が、入口ノズル２２から胴部２内を流通して出口ノズル２３に向かって循環されるから、ランプ保護スリーブ１６、特に通水管１８の温度上昇を抑えることができる。出口ノズル２３から排出される純水は純水タンク３１に戻され、ここにおいて熱交換器３４を介して海水により冷却される。このとき、冷却制御装置３９は、温度センサ３７により検出された純水の出口温度Ｔｏを取り込み、出口温度Ｔｏが設定温度範囲に収まるように流量制御弁３６の開度を制御する。これにより、フッ素樹脂製の通水管１８の温度上昇による劣化を抑制することができる。
　以上説明したように、本実施例によれば、中圧水銀ランプ１５が収容されたランプ保護スリーブ１６の軸回りに間隔を明けてフッ素樹脂製の通水管１８を配置し、胴部２のランプ保護スリーブ１６と通水管１８の間に冷却液としての純水を流通したことから、純水の流量及び温度を調節することで、通水管１８の温度をフッ素樹脂の耐熱温度以下に容易に押えることができる。これにより、電力入力（ひいては、紫外線出力）が大きい中圧水銀ランプ１５を適用できるので、紫外線による処理能力を高くすることができる。
　しかも、通水管１８の外面に純水を流通しているから、通水管１８の管壁に加わる力は、純水の圧力と通水管１８に流通されるバラスト水の圧力との差になるので、通水管１８の内圧耐力に応じてバラスト水の圧力よりも、純水の圧力を一定圧（例えば、１ｋｇ／ｃｍ２）低く保持することにより、フッ素樹脂製の通水管１８に加わる内圧を緩和することができる。その結果、フッ素樹脂製の通水管１８の肉厚を、例えば１～３ｍｍ程度に薄く形成できるから、管壁における紫外線の吸収量を少なく、つまり紫外線透過率を高くして、バラスト水に照射される紫外線照射量を増大することができる。これにより、紫外線の照射効率が向上して装置を小型化できる。
　また、胴部２の内面に、紫外線の反射部材を設けていることから、複数の通水管１８に挟まれる間を通って、あるいは通水管１８の内部を通って胴部２の内面に至る紫外線を反射させて、通水管１８の内部のバラスト水に照射することができ、バラスト水への紫外線の照射効率を向上することができる。
　また、冷却液として純水を用いているから、冷却液による紫外線の吸収を低減して透過率を高く保持できる。冷却液循環装置は、処理対象液の入口ノズルに供給される処理対象液の圧力を検出する圧力センサを備え、圧力制御弁は、処理対象液の圧力と純水の圧力との差圧を設定圧（例えば、１kg／ｃｍ２）に保持するように、純水の供給圧力を低い圧力に制御することが好ましい。これによれば、通水管の管壁に作用する内圧を許容圧以下に確実に抑えることができる。
　なお、冷却液循環装置３０には、純水出口ノズル２３から流出される純水温度が予め設定された上限値を越える場合は、警報を発するようにすることが好ましい。また、バラスト水の圧力と純水入口ノズルに供給する純水の圧力との差圧が、予め設定された上限値を越える場合も、警報を発するようにすることが好ましい。
　また、本実施例のバラスト水の微生物不活化装置によれば、ランプ保護スリーブ１６の外表面は、純水に接しているから、汚れが付着し難いので、表面の汚れを掻き取るスクレーパなどの機械的な清浄装置が不要である。また、通水管１８の外表面も同様である。したがって、本実施例によれば、船舶の揺れや振動により損傷する機械的な清浄装置を備える必要がないから、船舶のバラスト水を廃棄する配管系に組み込んで設置することができる。
　一方、通水管１８の内面は海水のバラスト水が流通するので、微生物の死骸やバラスト水中の不純物が付着するおそれがあるが、バラスト水の浄化処理が行われない通常の航行時等に、必要に応じてクエン酸などの洗浄液を通水管に流通して除去することができる。
　以上、本発明をバラスト水の微生物不活化装置の実施例に基づいて説明したが、本発明はバラスト水の微生物不活化に限られるものではなく、処理能力が高い中圧水銀ランプを用い、かつフッ素樹脂製の通水管の内圧耐力及び耐熱温度の条件を満たすことができるので、様々な処理対象液に紫外線を照射する中圧外照式紫外線照射装置に適用できる。
　１　中圧外照式紫外線照射装置
　２　胴部
　３，４　ヘッダー部
　１５　中圧水銀ランプ
　１６　ランプ保護スリーブ
　１８　通水管
　２０　（バラスト水の）入口ノズル
　２１　（バラスト水の）出口ノズル
　２２　（純水の）入口ノズル
　２３　（純水の）出口ノズル
　３０　冷却液循環装置
　３１　純水タンク
　３２　冷却液循環ポンプ
　３３　冷却液循環管路
　３４　熱交換器
　３５　圧力制御弁
　３６　流量制御弁
　３７　温度センサ
　３８　圧力センサ

Claims (5)

  1. 　円筒状の胴部と、該胴部の両端にそれぞれフランジを介して連結された円筒状の一対のヘッダー部と、前記胴部の円筒軸に配置され前記フランジを貫通して前記各ヘッダー部から外部に突き出して設けられた紫外線透過性のランプ保護スリーブと、該ランプ保護スリーブ内に収容された中圧水銀ランプと、前記ランプ保護スリーブの軸周りに配置され前記フランジを貫通して前記各ヘッダー部にそれぞれ開口された処理対象液が流通される複数のフッ素樹脂製の通水管と、前記一対のヘッダー部に設けられた前記処理対象液の入口ノズル及び出口ノズルと、前記胴部の両端部に設けられた冷却液の入口ノズルと出口ノズルとを備えてなる中圧外照式紫外線照射装置。
  2. 　請求項１に記載の中圧外照式紫外線照射装置において、
    　前記胴部は、内面に紫外線の反射部材が設けられていることを特徴とする中圧外照式紫外線照射装置。
  3. 　請求項１に記載の中圧外照式紫外線照射装置において、
    　前記通水管は、管壁の肉厚が１乃至３ｍｍであることを特徴とする中圧外照式紫外線照射装置。
  4. 　円筒状の胴部と、該胴部の両端にそれぞれフランジを介して連結された円筒状の一対のヘッダー部と、前記胴部の円筒軸に配置され前記フランジを貫通して前記各ヘッダー部から外部に突き出して設けられた紫外線透過性のランプ保護スリーブと、該ランプ保護スリーブ内に収容された中圧水銀ランプと、前記ランプ保護スリーブの軸周りに配置され前記フランジを貫通して前記各ヘッダー部にそれぞれ開口され海水のバラスト水が流通される複数のフッ素樹脂製の通水管と、前記一対のヘッダー部に設けられた前記バラスト水の入口ノズル及び出口ノズルと、前記胴部の両端部に設けられた純水の入口ノズル及び出口ノズルと、
    　前記純水の入口ノズルから純水を前記ランプ保護スリーブと前記バラスト水通水管の周囲の前記胴部内に流通させて前記純水の出口ノズルから抜き出して循環させる冷却液循環装置とを備え、
    　該冷却液循環装置は、純水タンクと、該純水タンク内の純水を前記純水の入口ノズルに供給し、前記純水の出口ノズルから流出される純水を前記純水タンクに戻す冷却液循環ポンプと、前記純水を冷媒により冷却する熱交換器と、前記純水の入口ノズルに供給する純水の圧力を制御する圧力制御弁と、前記純水の出口ノズルから流出される純水の温度を検出する温度センサと、前記純水の入口ノズルに供給する純水の流量を制御して前記温度センサにより検出される純水の温度を設定範囲に調整する流量制御弁を備えていることを特徴とするバラスト水の微生物不活化装置。
  5. 　請求項４に記載のバラスト水の微生物不活化装置において、
    　前記冷却液循環装置は、前記バラスト水の入口ノズルに供給される前記バラスト水の圧力を検出する圧力センサを備え、前記圧力制御弁は、前記バラスト水の圧力よりも前記純水の入口ノズルに供給する純水の圧力を設定圧低い圧力に制御することを特徴とするバラスト水の微生物不活化装置。
     
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